Solar-driven peroxyacid group activation enables> 500 h stable hydroxyl-radical defluorination of industrial perfluorophenol wastewater

化学 废水 群(周期表) 工业废水处理 环境化学 制浆造纸工业 核化学 废物管理 污水处理 化学工程 环境科学
作者
Yunning Chen,Qixin Zhou,Yan Guo,Zhengkai Wu,Haoying Wang,Yizhou Yan,Xinghao Qi,刘丽平,Jingbin Han,Qingkun Shang,Yongfa Zhu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-73548-5
摘要

Fluoroarenes persist in aquatic environments because aromatic delocalization and aqueous speciation suppress selective C-F bond cleavage, limiting both reductive activation and direct hole oxidation. Hydroxyl radicals (·OH) can mineralize these contaminants, yet near-neutral·OH generation typically relies on added oxidants or Fenton chemistry, creating chemical demand and secondary residues. Here we report a carboxyl-functionalized crystalline perylene diimide photocatalyst (Carboxyl-PDI) that produces ·OH via a catalytic carboxyl-peroxyacid cycle under visible light. Carboxyl-PDI delivers a 50.94% apparent quantum yield for ·OH at 600 nm, achieves complete defluorination of 100 mg L−1 perfluorophenol under AM1.5 G irradiation, and retains stable capacity for >500 h. Isotope labelling mass spectrometry and theoretical calculation identify a -COOOH intermediate and show hydrogen-bond gating to a neighbouring PDI carbonyl weakens the O-O bond by ~0.31 eV, enabling low-barrier homolysis for producing ·OH. A continuous-flow outdoor-sunlight reactor reaches 95.85% degradation, 90.67% defluorination and 79.68% mineralization, demonstrating scalable oxidant-free defluorination of perfluorophenol. A carboxyl-functionalized photocatalyst generates hydroxyl radicals via a catalytic peroxyacid cycle, enabling complete defluorination of industrial-strength perfluorophenol without external oxidants and with >500 h stability under sunlight.
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